現在的 Java 還是平臺無關的嗎?
答案,真不一定!
雖然 Java 在誕生之初,設計的主要目標就是跨平臺,并且也做了很多事情來讓這個成為可能,也是很多年來Java的一個重要優勢。但隨著技術的發展和應用場景的變化,Java的跨平臺特性并不是在所有情況下都是絕對必要的。
Java 是如何實現跨平臺的?
平臺無關性就是一種語言在計算機上的運行不受平臺的約束,一次編譯,到處執行(Write Once, Run Anywhere)。也就是說,用Java創建的可執行二進制程序,能夠不加改變的運行于多個平臺。
Java通過JVM(Java虛擬機)實現了平臺無關性。JVM是一個平臺相關的軟件,它為Java程序提供了一個統一的運行環境。只要設備上安裝了相應平臺的JVM,Java程序就可以在任何平臺上運行,不需要做任何修改。這就是“一次編寫,到處運行(Write Once, Run Anywhere, WORA)”的理念。
靜態編譯技術介紹
然而,在當前出現了眾多靜態編譯技術。
例如:
預先編譯(AOT,Ahead-Of-Time Compilation):這涉及到將Java字節碼提前轉換成特定平臺的機器碼,而不是依賴于運行時的即時編譯(JIT)。這樣的方法有助于縮短JVM的啟動時間,并優化程序的執行效率。
GraalVM的原生鏡像(Native Image):GraalVM提供了一種機制,可以將Java應用程序轉換成所謂的“原生映像”,這種映像能夠在操作系統層面直接運行,無需JVM的介入。
無論是通過AOT編譯將代碼提前轉換成機器碼,還是利用Native Image技術消除對JVM的依賴,最終生成的程序都是與特定平臺綁定的。
什么是AOT編譯?
AOT(Ahead-Of-Time Compilation)編譯是指在程序運行之前,將Java字節碼編譯成特定平臺的機器碼。這種方式可以減少JVM啟動時間并提高程序運行效率。
為什么Java要走回頭路?
Java之所以采用AOT和Native Image等技術,犧牲一定的平臺無關性,主要是為了適應云原生和Serverless的環境。在這些環境中,平臺無關性的重要性有所下降,而性能、資源利用率和部署的簡便性變得更加重要。
特定平臺的機器碼:AOT編譯生成的是針對特定操作系統和硬件架構的機器碼。這意味著編譯后的程序只能運行在與編譯目標相匹配的平臺上,與Java字節碼的跨平臺特性不同。
缺少JVM抽象層:Java的跨平臺特性很大程度上依賴于JVM提供的抽象層,它使得字節碼可以在任何安裝了相應JVM的平臺上運行。而AOT編譯繞過了JVM,直接生成機器碼,因此失去了這種抽象層。
部署復雜性:當應用程序使用AOT編譯后,可能需要為每個目標平臺編譯一個特定版本的程序。這增加了部署的復雜性和工作量,因為開發者需要管理多個版本的應用程序。
維護成本:隨著平臺數量的增加,維護多個版本的應用程序變得更加困難和昂貴。這與Java平臺無關性帶來的便利性形成了對比。
性能和資源權衡:AOT編譯通常用于提高程序的性能和減少啟動時間,但這是以犧牲平臺無關性為代價的。在某些場景下,這種權衡是可接受的,尤其是在性能要求高、平臺相對固定的環境中。
云原生和容器化:在云原生和容器化環境中,應用程序通常運行在隔離的環境中(如Docker容器或Kubernetes集群),這些環境可以隱藏底層硬件和操作系統的差異。在這種情況下,AOT編譯帶來的平臺依賴性問題不那么明顯。